《matlab運算與應(yīng)用設(shè)計》課程設(shè)計說明書Matlab運算與應(yīng)用設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)matlab運算與應(yīng)用設(shè)計課程設(shè)計說明書 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名: 專業(yè)班級: 電信1002 指導(dǎo)教師: 工作單位: 信息工程學(xué)院 題 目: matlab運算與應(yīng)用設(shè)計 初始條件：1.matlab7.0版本軟件；2.課程設(shè)計輔導(dǎo)資料：“matlab語言基礎(chǔ)及使用入門”、“matlab及在電子信息課程中的應(yīng)用”等；3.先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)，電路分析基礎(chǔ)、復(fù)變函數(shù)等。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書 撰寫等具體要求） 1.課程設(shè)計時間：一周；2.課程設(shè)計內(nèi)容：從指導(dǎo)老師所給的七套題目中，選擇其中的一套來完成；3. .本課程設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀

2、輔導(dǎo)資料對應(yīng)章節(jié)，對選定的設(shè)計題目進行理論分析，針對具體設(shè)計部分的原理分析、建模、必要的推導(dǎo)和可行性分析，畫出程序設(shè)計框圖，編寫程序代碼（含注釋），上機調(diào)試運行程序，記錄實驗結(jié)果（含計算結(jié)果和圖表），并對實驗結(jié)果進行分析總結(jié)。具體設(shè)計要求包括：初步了解matlab、熟悉matlab界面、進行簡單操作；matlab的數(shù)值計算：創(chuàng)建矩陣、矩陣運算、多項式運算、線性方程組、數(shù)值統(tǒng)計；基本繪圖函數(shù)：plot, plot3, mesh, surf等，要求掌握以上繪圖函數(shù)的用法、簡單圖形標注、簡單顏色設(shè)定等；使用文本編輯器編輯m文件，函數(shù)調(diào)用；能進行簡單的信號處理matlab編程；時間安排：指導(dǎo)教師簽名：

3、 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1. matlab簡介（1）2.具體題目分析(2）2.1試題1(2)2.2試題2(2)2.3試題3(3)2.4試題4(4)2.5試題5(9)2.6試題6(9)2.7試題7(10)2.8試題8(10)2.9試題9(11)2.10試題10(12)3.課程設(shè)計心得（15）4.參考文獻（16）5.本科生課程設(shè)計成績評表（15）1. matlab軟件功能簡介matlab的名稱源自matrix laboratory,1984年由美國mathworks公司推向市場。它是一種科學(xué)計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。matlab將高性能的數(shù)值計算和可視化集成

4、在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛的應(yīng)用于科學(xué)計算、控制系統(tǒng)和信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作。matlab軟件包括五大通用功能，數(shù)值計算功能（nemeric）、符號運算功能（symbolic）、數(shù)據(jù)可視化功能（graphic）、數(shù)字圖形文字統(tǒng)一處理功能（notebook）和建模仿真可視化功能（simulink）。其中，符號運算功能的實現(xiàn)是通過請求maple內(nèi)核計算并將結(jié)果返回到matlab命令窗口。該軟件有三大特點，一是功能強大；二是界面友善、語言自然；三是開放性強。目前，mathworks公司已推出30多個應(yīng)用工具箱。matlab在線性代數(shù)、矩陣分析、數(shù)值及優(yōu)化、數(shù)值統(tǒng)計和隨機

5、信號分析、電路與系統(tǒng)、系統(tǒng)動力學(xué)、圖像處理、控制理論分析和系統(tǒng)設(shè)計、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)以及財政金融等眾多領(lǐng)域的理論研究和工程設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來解算問題要比用c，fortran等語言完相同的事情簡捷得多，并且math work也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點,使matlab成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對c，fortran，c+ ，java的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲絤atlab函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的matlab愛好者都編寫

6、了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。matlab應(yīng)用：matlab 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作：數(shù)值分析 數(shù)值和符號計算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 數(shù)字圖像處理 數(shù)字信號處理 通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真 財務(wù)與金融工程 matlab 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨提供的專用 matlab 函數(shù)集）擴展了 matlab 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。2.具體題目分析2.1已知t=linspace(0,2*pi,6)，求t的正弦和正弦的絕對值。理論分析 這是利用ma

7、tlab處理數(shù)值運算的題目。這其中要用到linspace（）等函數(shù)。程序代碼 t=sin(linspace(0,2*pi,6) %求t的正弦值t = %運行結(jié)果 columns 1 through 5 0 0.9511 0.5878 -0.5878 -0.9511 column 6 -0.0000 t=abs(sin(linspace(0,2*pi,6) %求t的絕對值t =%運行結(jié)果 columns 1 through 5 0 0.9511 0.5878 0.5878 0.9511 column 6 0.0000總結(jié)我們注意到matlab中的pi與真正的有差距，而且數(shù)字與因式相乘要使用乘法符

8、號*.通過這個計算，我了解到matlab有處理數(shù)據(jù)計算的功能。2.2繪制函數(shù)在時的曲線。理論分析 利用matlab軟件繪制曲線圖。在這里用到的是funtool命令。熟悉使用funtool命令。程序代碼 funtool %調(diào)出函數(shù)圖像框在figure3框中f= 處填入表達式x*exp(-x) 在x=處填入0,1最后按回車，在figure1的窗口中出現(xiàn)所需的函數(shù)圖像。如下圖：總結(jié)funtool命令是很好使用的命令。他可以很方便的畫出所需區(qū)域的函數(shù)圖像。甚至可以很輕松的描繪處函數(shù)運算之后以及符合函數(shù)的圖像。2.3 已知a=1,3,0;2,0,1;4,6,5, a1=logical(1 0 1),a2

9、= logical(1 1 0),b=a1,求a(a1,a2)和a(b)。理論分析這道題目中還是要用到logical（）函數(shù)，關(guān)鍵是要理解logical函數(shù)的功能。程序代碼 a=1,3,0;2,0,1;4,6,5; %定義一個矩陣 a1=logical(1 0 1); %返回一組邏輯值 a2= logical(1 1 0);%返回一組邏輯值 b=a1; 執(zhí)行結(jié)果: a(b) %取出矩陣a中大于1的元素ans = 2 4 3 6 5執(zhí)行結(jié)果: a(a1,a2) %求滿足條件a(a1,a2)的矩陣ans = 1 3 4 62.4.分析下面每條指令的功能并運行，觀察執(zhí)行結(jié)果。分析指令x=0:0.25

10、:3; %產(chǎn)生一組自變量數(shù)據(jù)y=x.*exp(-x); %數(shù)組的乘法plot(x,y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x); %將函數(shù)視圖劃并表明x，y軸和標題執(zhí)行結(jié)果：指令分析a=zeros(3,5) %定義一個3*5的全零矩陣a(:)=-4:10 %將元素-4到10按列取出生成3行5列數(shù)組l=abs(a)4 %絕對值大于4的值變?yōu)?，小于等于4的為0islogical(l) %判斷l(xiāng)是不是邏輯數(shù)x=a(l) %取出a中大于1的元素組成一個新矩陣執(zhí)行結(jié)果： a(:)=-4:10a = -4 -1 2 5 8 -3 0 3 6 9-2 1 4 7 10

11、 l=abs(a)4 l = 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 islogical(l) ans = 1 x=a(l) x = 5 6 7 8 9 10指令分析 a=1:5;6:10 %生成一個矩陣 pow2(a) %矩陣相應(yīng)位子的值變成原來的平方執(zhí)行結(jié)果： a=1:5;6:10a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pow2(a)ans = 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024指令分析a=zeros(3,2) %生成一個3*2的全零矩陣a(:)=1:6 %將1到6分別賦給矩陣的各元素a=a*(1+i) %給a矩陣的元素從新賦值a1

12、=a.; %a的轉(zhuǎn)置矩陣b1=a; %a的共軛轉(zhuǎn)置矩陣執(zhí)行結(jié)果： a=zeros(3,2) a = 0 0 0 0 0 0 a(:)=1:6a = 1 4 2 5 3 6 a=a*(1+i) a = 1.0000 + 1.0000i 4.0000 + 4.0000i 2.0000 + 2.0000i 5.0000 + 5.0000i 3.0000 + 3.0000i 6.0000 + 6.0000i a1=a.; b1=a; a1a1 = 1.0000 + 1.0000i 2.0000 + 2.0000i 3.0000 + 3.0000i 4.0000 + 4.0000i 5.0000 + 5

13、.0000i 6.0000 + 6.0000i b1b1 = 1.0000 - 1.0000i 2.0000 - 2.0000i 3.0000 - 3.0000i 4.0000 - 4.0000i 5.0000 - 5.0000i 6.0000 - 6.0000i 指令分析 a=ones(2,3) %定義一個2*3的全一矩陣 b=ones(2) %定義一個2*2的全一矩陣 c=eye(4) %生成四行四列的單位矩陣 d=diag(c) %生成c的對角矩陣e=repmat(c,1,3) %將c矩陣作為一個元素生成一個1行3列的矩執(zhí)行結(jié)果： a=ones(2,3) a = 1 1 1 1 1 1

14、b=ones(2) b = 1 1 1 1 c=eye(4) c = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 d=diag(c) d = 1 1 1 1 e=repmat(c,1,3)e = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 12.5.計算在x=0.1與10處的值。理論分析這道題目是運用matlab計算多項式。這里運用到的是polyval（）命令。通過polyval（）命令可以很快的計算出在相應(yīng)值下的多項式的值。程序代

15、碼 a=2 0 0.1 0 0 -10; %列寫多項式系數(shù)x=0.1; %給x賦值p=polyval(a,x) %求多項式在x處的值p = -9.9999 a=2 0 0.1 0 0 -10; %列寫多項式系數(shù)x=(-10); %給x賦值p=polyval(a,x) %求多項式在x處的值p = -200110 2.6求函數(shù), n=100的值理論分析在matlab中，有專門計算級數(shù)和的函數(shù)。這個函數(shù)就是symsum（）。例如symsum(s,x,a,b)計算表達式s的級數(shù)和，其中x為自變量，x省略則默認為對自由變量求和；s為符號表達式；a,b為參數(shù)x的取值范圍。程序代碼 syms n s; %定

16、義符號變量n s=1/n3; %列寫函數(shù)表達式 symsum(s,n,1,100) %求和ans =81473483330743503583074181861672511931518122336172216406894149391331289704097519580221863303145356050828007873151451209887/67781182783092495848656345091844021571734190630914590229332161379950257170828098031102950264769178652556660142954086400000總結(jié) 在計

17、算級數(shù)和的過程中，注意要先定義變量，否則將不會得到最終結(jié)果。會出現(xiàn) undefined function or variable n.需要用syms（）將n符號化,同時結(jié)果是因為軟件自動進行了分母通分。2.7.求1500個元素的隨機數(shù)向量a中大于0.5的元素個數(shù)。理論分析這道題中要用到隨機函數(shù)rand（）。在生成矩陣后還要用程序控制。其中還要用到循環(huán)語句，和選擇語句。其中用到嵌套循環(huán)語句。程序代碼 a=rand(50,30); %隨機產(chǎn)生一個50行30列的矩陣n=0;for i=1:50, %定義變量i從1到50for j=1:30, %定義變量j從1到30if a(i,j)0.5,n=n+1

18、; %矩陣的每個元素和0.5比較，如果為真，變量n就加1end,end,end, nn = 762 總結(jié)做的過程中要注意，與；的用法 就只有正確的用法才能得出結(jié)果。 另一方面，end的使用也要注意，注意需要使用的個數(shù)。2.8.用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形,運行下面的程序，觀察結(jié)果，并簡單說明。簡要分析t1=(0:11)/11*pi; %定義一組自變量 y1=sin(t1).*sin(9*t1); %數(shù)組的乘法t2=(0:100)/100*pi; %定義一組自變量y2=sin(t2).*sin(9*t2); %數(shù)組的乘法subplot(2,2,1), %將窗口分為四個,當(dāng)前為第一個plot(t1,y1

19、,r.), %將點描在坐標圖上axis(0,pi,-1,1), %控制x,y軸的數(shù)值范圍title(子圖 (1) %顯示標題 subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子圖 (2)subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t2,y2,r.) %點少時顯示的是折線axis(0,pi,-1,1),title(子圖 (3) subplot(2,2,4),plot(t2,y2) %點多時才顯示曲線axis(0,pi,-1,1),title(子圖 (4) 2.9. 已知方程組，用矩陣除法來解線性方程組。理論分析這里是運用matlab

20、中的函數(shù)來處理矩陣，從而生成所需要的矩陣。這里所用到的函數(shù)為inv（）程序代碼 a=3,-1,2;-5,1,3;1,-1,4;b=9;5;8;xinv=inv(a)*b %求逆執(zhí)行結(jié)果xinv = 5.5000 17.5000 5.0000總結(jié)在matlab中有很多很方便的函數(shù)幫助我們處理數(shù)據(jù)。我們要時常注意相關(guān)的函數(shù)，在以后的數(shù)據(jù)處理中就顯得很輕松了。2.10已知，其中t的范圍是0 10，計算y的微分和積分并給出曲線圖。理論分析此題比較簡單，只是在運行過程中要注意diff（）函數(shù)，int（）函數(shù)，以及格式。程序設(shè)計 syms t y ; %定義符號變量t，y y=exp(-1)*cos(t)

21、; %列寫函數(shù)表達式 t=0:10; %表示自變量t的范圍 diff(y) %求y的微分ans = -828390857088487/2251799813685248*sin(t) syms t y ; %定義符號變量t，yy=exp(-1)*cos(t);int(y,t,0,10) %列寫函數(shù)表達式，求y的積分ans =828390857088487/2251799813685248*sin(10)plot(diff(y) %畫出y的微分曲線運行結(jié)果實驗總結(jié)最初實驗的時候一直出不來圖像，后來發(fā)現(xiàn)原因好像是只能打開一個圖像，因為上一個圖像沒關(guān)，所以這個圖像就打不開。同時在這個實驗里面要先定義t，y，然后在編寫程序。3.課程設(shè)計心得正所謂“